一种水性高效阻燃涂料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及水性阻燃涂料领域，具体地，本发明涉及一种水性高效阻燃涂料及其制备方法，以及该水性高效阻燃涂料在气凝胶毡垫上的应用。

背景技术：

1、在双碳政策的驱动下，新能源汽车行业受到了越来越多的关注，而与新能源汽车行业悉悉相关的锂电池安全问题也时刻牵动着整个行业的发展。从新能源汽车安全事故的调查分析发现，起火事故的主要原因是热失控，而引发热失控的主要失效模式有热滥用、电短路或者机械破坏。为了进一步规范并提高锂离子电池的使用安全，国家发布gb 38031-2020《电动汽车用蓄电池安全要求》，要求单体电池发生热失控后，电池系统在5分钟内不起火不爆炸，因此，如何避免单体电池热失控引起的系统热失控就变得尤为重要。

2、气凝胶是世界上最轻的固体，其具有特殊的纳米级孔结构，极低的热导率0.013w/m·k，同时还具有a级阻燃、绝缘、绿色环保等优点，被广泛应用于保温隔热领域。气凝胶通常不能直接使用，现有技术中多将其与有机、无机材料复合制备成气凝胶毡、垫、板、涂料、胶水等形式进行使用。经研究发现，气凝胶毡垫作为热管理材料可以应用于锂离子电池电芯间进行隔热。但对于纤维基气凝胶毡来说，在运输和使用过程中，气凝胶粉很容易从毡垫中逸散出来，污染环境、影响产品性能。为了避免此问题，现有技术中通常采用玻纤布、铝箔布、封装膜(pet、pi)等对毡垫进行封装。但是此种方式工作效率低、人工成本高、不利于大规模生产，且在高强度震动等情况下仍然会有部分气凝胶粉从毡垫中逸散。除此之外，现有技术在用于封装气凝胶毡垫的涂层涂料上也存在着多种问题，如厚度<1.5mm的基材加上涂层的封装产品没办法满足ul94 v-0的需求，涂料在多种基材比如玻璃纤维、陶瓷纤维、硅酸铝纤维、莫来石纤维、预氧丝、碳纤维基材上附着力差，涂料形成涂层的机械性能较差等等。

3、鉴于以上原因，亟需开发一种固含量高、阻燃性能好、能够较好地应用于气凝胶毡垫涂装的水性涂料，以解决现有水性阻燃涂料领域中面临的问题。

技术实现思路

1、基于以上事实，本发明的目的在于提供一种水性高效阻燃涂料，其固含量高、阻燃性能好，可以通过配方调整制备得到具有不同机械性能的产品。其在多种基材预氧丝、玻璃纤维、陶瓷纤维上的附着力良好，能够较好地应用于气凝胶毡垫涂装，能够有效解决气凝胶毡垫容易掉粉的问题，对于厚度>0.5mm的基材涂装后整体可以达到ul94 v-0的要求。本发明还涉及上述水性高效阻燃涂料的制备方法和应用。

2、本发明的第一方面提供了一种水性高效阻燃涂料，按重量份计，其组分包含：

3、

4、以上各组分的重量总计为100份。

5、水性乳液a

6、在本发明的一些实施例中，所述水性乳液a选自丙烯酸树脂、聚酯树脂、氨基树脂、醇酸树脂、环氧树脂、氨基树脂中的一种或几种。作为基体树脂，水性乳液a应具有一定的反应官能团，从而与基材之间产生一定的化学键，提高附着力。所述反应官能团包括但不限于羟基、羧基、环氧基、酯基、酸酐、醛基、酮基、硝基、醚键等含氧官能团，同时，含有含氧官能团的水性乳液a能够在磷酸盐类阻燃剂发挥阻燃作用时提供一定的氧原子，以帮助磷系阻燃剂生成磷氧自由基，更好地发挥阻燃效果。优选地，所述含氧官能团为羟基、羧基中的一种或其组合。

7、水性乳液b

8、在本发明的一些实施例中，所述水性乳液b选自环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、有机硅树脂、有机硅改性环氧树脂、有机硅改性聚氨酯、有机硅改性丙烯酸酯中的一种或几种。作为基体树脂，水性乳液b应选自具有一定芳香族基团的具有较高稳定性和成碳率的乳液。

9、阻燃剂

10、在本发明的一些实施例中，所述阻燃剂为磷酸盐类及其改性化合物，其无卤环保，具有一定的水解稳定性，化学稳定性和阻燃效率高，不会破坏乳液的稳定性。

11、在本发明的一些优选实施例中，所述阻燃剂为多聚磷酸盐；更为优选地，所述阻燃剂选自多聚磷酸铵、改性多聚磷酸铵中的一种或几种。

12、具体地说，所述阻燃剂选自磷酸锌、磷酸铝、焦磷酸铵、磷酸氢二铵、多聚磷酸铵、以及采用硅烷偶联剂、三聚氰胺、密胺树脂、环氧树脂改性的多聚磷酸铵中的一种或几种。

13、助阻燃助剂

14、在本发明的一些实施例中，所述助阻燃助剂为可以与磷酸盐类及其改性化合物发挥协同效应的阻燃剂，包括但不限于含氮类化合物、无机类化合物等。

15、具体地说，所述助阻燃助剂选自三聚氰胺、密胺树脂、三聚氰胺磷酸酯、三聚氰胺氰尿酸盐、二氧化硅、膨润土、高岭土、蛭石、海泡石、二氧化钛、珍珠岩、硅灰石、云母粉、长石粉、碳化硅、碳酸钙中的一种或几种。

16、分散剂

17、在本发明的一些实施例中，所述分散剂为具有一定锚定基团，可以与体系中的阻燃剂及助阻燃助剂发生一定相互作用从而达到润湿分散及防沉效果，且适合水性体系使用的低分子量和高分子量的阳离子型、阴离子型及双亲型化合物。

18、具体地说，所述分散剂选自聚羧酸钠盐、聚丙烯酸钠盐、聚丙烯酸铵盐、高分子量嵌段共聚物中的一种或几种。

19、成膜助剂

20、在本发明的一些实施例中，所述成膜助剂为指能够改善涂料成膜性能的助剂。

21、具体地说，所述成膜助剂选自乙二醇单丙醚、乙二醇单丁醚、二乙二醇单甲醚、二乙二醇单乙醚、二乙二醇单丁醚、三乙二醇单甲醚、三乙二醇单乙醚、三乙二醇单丁醚、丙二醇单甲醚、丙二醇单丙醚、丙二醇单丁醚、丙二醇特丁醚、二丙二醇单甲醚、二丙二醇单丙醚、二丙二醇单丁醚、三丙二醇单丁醚、丙二醇甲醚乙酸酯、二丙二醇甲醚乙酸酯、二丙二醇二甲醚、乙二醇苯醚、丙二醇苯醚、二丙酮醇、2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸脂中的一种或几种。

22、消泡剂

23、在本发明的一些实施例中，所述消泡剂选自聚醚型、矿物油配合型、有机硅化合物、碳氢化合物、表面活性剂、乳液型等类型消泡剂中的一种或几种。

24、交联剂

25、在本发明的一些实施例中，所述交联剂选自异氰酸酯类、胺类、酸酐类固化剂中的一种或几种。

26、具体地说，所述交联剂选自甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯、脂肪族二铵和多胺、芳香族多胺、顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐中的一种或几种。

27、流变助剂

28、在本发明的一些实施例中，所述流变助剂选自有机膨润土、改性聚脲化合物、蓖麻油衍生物、气相二氧化硅、聚烯烃微粒、聚酰胺蜡等中的一种或几种。

29、黑色颜料

30、在本发明的一些实施例中，所述黑色颜料为具有一定耐高温特性的无机颜料。

31、具体地说，所述黑色颜料选自铁锰黑、氧化铁黑、石墨中的一种或几种。

32、本发明的第二方面提供了一种制备本发明第一方面所述水性高效阻燃涂料的方法，主要包括如下步骤：

33、(1)将配方重量的去离子水、水性乳液a、水性乳液b、阻燃剂、助阻燃助剂、分散剂、成膜助剂、消泡剂、交联剂、流变助剂、黑色颜料加入容器中，以100-1500r/min的速度搅拌60-120min，得到混合溶液a；

34、(2)以300-1000r/min的速度继续搅拌混合溶液a30-180min，然后用150目滤网过滤，保证所得混合液细度≤100μm，即得所述水性高效阻燃涂料。

35、本发明的第三方面提供了一种本发明第一方面所述水性高效阻燃涂料的应用，该应用主要体现为一种涂布有所述水性高效阻燃涂料的气凝胶毡垫，涂布过程主要包括如下步骤：

36、(1)取待涂布的气凝胶毡垫，通过吹扫除去表面的浮粉；

37、(2)根据所述水性高效阻燃涂料的流动情况决定是否采用开稀液(水或者乙醇)开稀，通常开稀液的用量不超过混合液用量的一半；

38、(3)根据涂膜厚度确定合适的涂布方式和参数，所述涂布方式包括但不限于空气喷涂、刮涂、刷涂等方式；

39、(4)涂布结束后，根据涂膜厚度确定室温表干时间，通常干膜厚度≤100μm时，室温25℃表干时间为5min左右；

40、(5)根据配方实施情况及涂膜厚度确定实干温度及时间，实干温度范围为25℃-100℃，通常干膜厚度≤100μm时，40℃时实干时间≤15min。

41、按上述步骤可以有效解决气凝胶毡垫中气凝胶粉的逸散问题。

42、本发明的有益效果如下：

43、本发明针对现有技术中存在的不足，提供了一种水性高效阻燃涂料，其制备方法、加工工艺简单，可进行连续化操作。采用的原材料环保，可减少污染、降低加工成本。该水性高效阻燃涂料固含量高、阻燃性能好，可以通过配方调整制备得到具有不同机械性能的产品。其在多种基材预氧丝、玻璃纤维、陶瓷纤维上的附着力良好，能够较好地应用于气凝胶毡垫涂装，形成的阻燃涂层能够包住气凝胶层的整个外表面，能够有效解决气凝胶毡垫容易掉粉的问题，可应用于汽车、消费电子等领域。同时，涂覆阻燃涂层对于气凝胶层的阻燃和导热系数没有影响，保留了气凝胶材料的优异隔热性能，起到优异的阻燃和耐高温效果。